La stampa Fabbricazione di massa eterogiunzione celle solari e In Situ Morfologia Caratterizzazione

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di dimostrare la fabbricazione di celle solari organiche a film sottile e di osservare l'evoluzione della morfologia del film sottile durante l'evaporazione del solvente. Questo metodo aiuta a rispondere a domande chiave nei film sottili funzionali, come le celle solari a film sottile e i rivestimenti polimerici. Il vantaggio principale di questa tecnica è che l'elaborazione industriale e le tecniche di sincrotrone sono ben fuse per dimostrare l'aspetto fondamentale della scienza dei materiali.

Le implicazioni di questo metodo aiutano a comprendere l'evoluzione morfologica dei film sottili adiacenti, che è fondamentale per determinare la morfologia finale e le prestazioni del dispositivo. Quindi questa tecnica può darci informazioni sulla morfologia del fotovoltaico organico a film sottile. Potrebbe anche fornirci informazioni in altri materiali, ad esempio diodi emettitori di luce o materiali funzionali a film sottile.

Per caricare il substrato, posizionare il substrato di ossido di indio-stagno rivestito PEDOT:PSS preparato sulla piastra di base della matrice. Utilizzando il manipolatore lineare sotto la piastra del substrato, regolare la posizione del substrato per posizionarlo proprio sotto la testina della stampante. Regolare l'inclinazione della testina utilizzando il manipolatore basculante bidimensionale che trattiene la testina di stampa.

Assicurarsi che la testina poggi verticalmente sopra il substrato caricato. Regolare la distanza tra la testa e il substrato su zero. Il motore verticale è accoppiato con un sensore di forza.

Quando la testina di stampa è flottante, si otterrà una lettura della forza costante dal peso della testina di stampa e dai gruppi del manipolatore inclinabile. Una volta che la testina della stampante tocca il supporto di stampa, la lettura si riduce, segnando la posizione zero. Impostare un valore head to substrate per eseguire l'esperimento.

In questo esperimento, impostare la distanza tra la testa e il substrato a 100 micron. Quindi, regolare il motore dello stadio di traslazione lineare che verrà utilizzato per stampare. Impostare la posizione del motore di 10 millimetri come punto iniziale e la posizione del motore di 80 millimetri come punto finale.

Impostare la velocità di stampa su 10 millimetri al secondo utilizzando l'interfaccia software di controllo del motore. Impostare la velocità di accelerazione del motore a 100 metri al secondo. Caricare l'inchiostro OPV in una siringa da un millilitro e montare la siringa sulla pompa a siringa collegata alla stampante a fessura.

Impostare i parametri di stampa nel software di controllo. Per avviare l'esperimento di stampa, digitare la posizione del punto di partenza nella finestra di posizione del software di controllo. Questa azione sposterà il substrato al punto di partenza.

Iniziare a pompare la soluzione nella testa portapettini a fessura facendo clic su Avvia nel software della pompa a siringa. Avvia rapidamente il motore traslante quando la soluzione inizia a fuoriuscire dalla testina di stampa. Il supporto di stampa si sposterà nella posizione finale.

Arrestare la pompa a siringa e sollevare la testina di stampa utilizzando il motore verticale. Spegnere l'aspirapolvere e rimuovere il substrato dalla piastra di base. Caricare il substrato stampato in un forno a vuoto per tre-cinque ore per rimuovere il solvente residuo.

Quindi metti una capsula di Petri sotto la testina di stampa. Pompare 10 millilitri di cloroformio nella testina di stampa per pulirla. Raccogliere la soluzione di cloroformio contaminata con la piastra di Petri.

Installare una scatola di elio per sopprimere la dispersione dell'aria nella misurazione a raggi X. Montare la matrice mini slot nella scatola dell'elio. Montare un interferometro ottico sulla macchina da stampa per monitorare la variazione di spessore durante l'evaporazione del solvente.

Posizionare il substrato di wafer rivestito PEDOT:PSS sul supporto del supporto della stampante e regolare la posizione della testina e del supporto di stampa come prima. Spurgare la scatola dell'elio per rimuovere l'aria. Il livello di ossigeno deve essere inferiore allo 0,3% che può essere monitorato da un sensore di ossigeno.

Allineare il substrato nella posizione in cui i raggi X colpiscono il substrato e impostare l'angolo di incidenza, che in questo caso è di 0,16 gradi. Impostare il tempo di esposizione ai raggi X nel metodo di acquisizione dei dati. In questo caso, utilizzare due secondi come tempo di esposizione, seguiti da tre secondi di ritardo per evitare danni al raggio del server.

Pertanto, ogni periodo di esperimento è di cinque secondi. Esegui una coda continua di 100 ripetizioni scattando 100 foto. Assegna un nome all'esperimento e scegli il percorso dei dati per salvare i file sperimentali.

Spostare il substrato nella posizione di partenza inserendo la posizione di partenza nel software di controllo del motore. Avvia l'otturatore a raggi X e il rilevatore registrerà continuamente i segnali di diffrazione e diffusione. Quindi, avviare la pompa a siringa per alimentare la soluzione nella testina di stampa.

Quando la soluzione inizia a fuoriuscire dalla testina di stampa monitorata da una telecamera di sorveglianza, avviare rapidamente il processo di stampa. Quando viene raggiunta la posizione di misurazione prescelta, il rivelatore bidimensionale catturerà il segnale di dispersione dalla soluzione. Lo spessore del film sarà monitorato da un interferometro.

Pertanto, verrà registrata l'evoluzione della morfologia del film sottile. Sollevare la testina della stampante e pulirla al termine dell'esperimento. Qui è mostrato un substrato ITO rivestito con miscele di polimero coniugato PCBM.

Il film è abbastanza fluido visivamente. L'inizio e la fine del film rivestito non sono sempre uniformi a causa del menisco formato e dell'essiccazione dai bordi. Il substrato appena rivestito viene infine caricato in maschere d'ombra.

La maschera viene caricata in un evaporatore per depositare lo strato sottile del catodo. Qui è mostrato un dispositivo completato dopo la deposizione dello strato catodico. Le prestazioni del dispositivo vengono misurate utilizzando un simulatore solare inferiore a 100 milliwatt per centimetro quadrato.

Ecco una curva di tensione di corrente rappresentativa di un dispositivo rivestito con stampo mini-slot. Per i dispositivi rivestiti con matrici a fessura si ottiene un'efficienza media di conversione della potenza del 5,2%, che si avvicina a quella ottenuta con il rivestimento di rotazione. Questa cifra rappresenta un tipico esperimento di dispersione di piccoli angoli di incidenza di radente in situ durante l'essiccazione con solvente.

L'evoluzione temporale è codificata a colori. Nella prima fase dell'essiccazione, in cui esisteva un eccesso di solvente, si osserva una curva di dispersione rossa e le miscele si mescolano bene. Un picco di scattering si è sviluppato gradualmente a circa 0,02 angstrom inversi, indicando circa 60 nanometri di separazione di fase.

Queste informazioni, se abbinate ai risultati della diffrazione dei raggi X in situ, rivelano la cinetica della cristallizzazione del polimero e della separazione di fase. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in circa cinque minuti se condotta correttamente. Mentre si tentano questi esperimenti, è importante ricordare che per ogni sistema materiale dobbiamo trovare la condizione ideale.

Questo deve essere ottimizzato per ogni esperimento. Questo metodo ha spianato la strada ai ricercatori delle celle solari a film sottile per esplorare la struttura e la relazione tra proprietà nella produzione industriale. Dopo aver visto questo video, dovresti avere un'ottima comprensione di come condurre un esperimento di stampa in situ su una linea di luce di sincrotrone.